CH625071A5 - Ionisation fire detector - Google Patents

Description

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PATENTANSPRÜCHE tionsmeldern nicht möglich, ohne die Funktion zu beeinträchti-

1 .Ionisationsbrandmelder mit einer eine Strahlungsquelle gen. Im Interesse des Umweltschutzes ist eine derartige Redu-enthaltenden offenen Messkammer, welche mit einem Ver- zierung jedoch nach wie vor geboten.

gleichswiderstand in Reihe an eine Versorgungsspannung Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ionisationsbrandmelder angeschaltet ist, wobei an einer in der Messkammer angeordne- 5 der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der mit einer erhebten, den Verbindungspunkt von Messkammer und Vergleichs- lieh geringeren Radioaktivität als herkömmliche Brandmelder widerstand bildenden Messelektrode Spannungsänderungen auskommt und trotzdem in seiner Funktion nicht beeinträch-abgreifbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Wider- tigt ist. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der standswert des Vergleichswiderstandes (Rv) um mindestens die Widerstandswert des Vergleichswiderstandes um mindestens Hälfte kleiner als der Widerstandswert (RM) der Messkammer to die Hälfte kleiner als der Widerstandswert der Messkammer im (1 ) im Ruhezustand ist, und dass die isolierenden Träger (15,16) Ruhezustand ist, und dass die isolierenden Träger für die Messfür die Messelektrode (13) einerseits und für die Gitterelek- elektrode einerseits und für die Gitterelektrode der Messkam-trode (12) der Messkammer (11) andererseits unabhängig von- mer andererseits unabhängig voneinander elektrisch mit der einander elektrisch mit der Eingangselektrode (17) des Ver- Eingangselektrode des Vergleichswiderstandes gekoppelt sind, gleichswiderstandes gekoppelt sind. 15 Während bei herkömmlichen Ionisationsbrandmeldern die

2. Ionisationsbrandmelder nach Anspruch 1, dadurch Vergleichskammer oder der an ihrer Stelle verwendete Vergekennzeichnet, dass der Widerstand (RM) der Messkammer gleichswiderstand jeweils etwa den gleichen Widerstandswert (11) um eine bis zwei Zehnerpotenzen grösser ist als der Ver- hatten wie die Messkammer, wird beim erfindungsgemässen gleichswiderstand (Rv). Brandmelder dieser Vergleichswiderstand wesentlich niedriger

3. Ionisationsbrandmelder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 20 gewählt als der Widerstand der Messkammer. Dadurch wird gekennzeichnet, dass der Träger (16) für die Messelektrode (13) die Anforderung an den Isolationswiderstand im Vergleichsais Vergleichswiderstand (Rv) dient. zweig vermindert, da die Grösse dieses Isolationswiderstandes nicht absolut, sondern nur im Verhältnis zum Messwiderstand von Bedeutung ist. Durch die Wahl eines verhältnismässig klei-25 nen Vergleichswiderstandes liegt von der Gesamtspannung nur ein relativ kleiner Spannungsanteil am Messwiderstand und damit auch am parallel liegenden Isolationswiderstand. Das Die Erfindung bezieht sich auf einen Ionisationsbrandmel- bedeutet, dass auch nur ein sehr kleiner Isolationsstrom parallel der mit einer eine Strahlungsquelle enthaltenden offenen Mess- zum Vergleichswiderstand fliessen kann.

kammer, welche mit einem Vergleichswiderstand in Reihe an 30 Dabei muss allerdings die Konstruktion so gewählt werden, eine Versorgungsspanne angeschaltet ist, wobei an einer in der dass parallel zur Messkammer, an der der grösste Teil der Messkammer angeordneten, den Verbindungspunkt von Mess- Spannung anliegt, kein Isolationsstrom fliessen kann. Die isolie-kammer und Vergleichswiderstand bildenden Messelektrode renden Träger für die Messkammer einerseits und für die Mess-Spannungsänderungen abgreifbar sind. elektrode andererseits müssen also derart an einer Aussen-

Ionisationsbrandmelder sind seit langem bekannt. Bei ihnen 35 elektrode befestigt sein, dass zwischen der Messelektrode und ionisiert ein radioaktives Präparat die Luft zwischen zwei Elek- der Gehäuseelektrode der Messkammer keine Isolierstoff-troden, also im allgemeinen zwischen dem metallischen brücke besteht. Isolationsströme der Messkammer können

Gehäuse der Messkammer und der in ihr angeordneten Mess- dann nur zwischen den Klemmen der Versorgungsspannung elektrode, so dass beim Anlegen einer Spannung an die Elektro- und nicht zur Messelektrode fliessen.

den ein Strom fliest Beim Eindringen von Rauch in die Mess- 40 Mit der erfindungsgemäss erreichten Verringerung des kammer reduziert die Anlagerung schwerer Rauchpartikel an Isolationsstroms kann im selben Verhältnis der Messstrom die Luftionen den Kammerstrom, was als Messgrösse ausge- geringer werden, ohne dass die Funktion des Brandmelders wertet wird. Zu diesem Zweck wird der Kammerstrom in der verschlechtert würde. Damit kann die Messkammer auch mit Regel über eine zweite Kammer (Vergleichskammer) geführt. einer entsprechend geringeren Radioaktivität ausgestattet Die Spannungsänderung am Verbindungspunkt beider Kam- 45 werden. Bei einer Verringerung des Messstroms auf ein Zehn-mern, d. h. an der Messelektrode, kann dann gemessen und tel des bisherigen Wertes könnte also theoretisch die Radioak-

angezeigt werden. tivität auf ein Hundertstel gesenkt werden, da sich der Mess-

Um die Strahlenbelastung der Umwelt durch Ionisations- ström (Ionisation) proportional zur Wurzel aus der Radioaktivi-brandmelder möglichst gering zu halten, ist man seit längerer tät verhält Wenn dieser Wert wegen verschiedener anderer Zeit bereits dazu übergegangen, den Kammerstrom statt über 50 Einflüsse auch nicht voll zur Auswirkung kommen kann, so ist eine Vergleichskammer über einen Messwiderstand zu führen. doch eine erhebliche Verminderung der Radioaktivität mög-Damit konnte auch die radioaktive Strahlungsquelle für die lieh, ohne dass an den Isolationswiderstand höhere Anforde-Vergleichskammer eingespart werden. Ausserdem werden für rangen gestellt werden müssen. So ist bei einer besonders vor-die Messkammer möglichst schwache radioaktive Präparate teilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass verwendet Dadurch ist der Kammerstrom ausserordentlich 55 der Vergleichswiderstand um etwa eine bis zwei Zehnerpoten-niedrig, was hohe Anforderungen an die elektrische Isolation zen kleiner ist als der Widerstand der Messkammer. Diese hat des Aufbaus und der Messeinrichtung stellt. Die Messelektrode also dann beispielsweise einen Widerstand von 1012 Ohm, wäh-muss konstruktiv isoliert von den beiden Gegenelektroden rend der Vergleichswiderstand einen Wert in der Grössenord-

angeordnet werden, und über den isolierenden Träger für die nung von 1010 bis 1011 Ohm besitzt Die Radioaktivität kann in Messelektrode fliesst ein, wenn auch äusserst geringer, Isola- m> diesem Fall ohne weiteres bis auf 0,1 bis 0,01 Mikrocurie ver-tionsstrom, der das Messergebnis des Brandmelders verfäl- mindert werden.

sehen könnte. Einer Verringerung der Radioaktivität werden In einer Weiterbildung der Erfindung ist ausserdem vorge-

also dann Grenzen gesetzt wenn der Kammerstrom bis in die sehen, den Träger für die Messelektrode selbst als Vergleichs-Grössenordnung des Isolationsstroms verringert wird. Da eine widerstand auszubilden.

weitere Verbesserung, d. h. Vergrösserung der Isolationswider- 65 Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausfüh-stände, mit den zur Verfügung stehenden Werkstoffen derzeit rungsbeispiels näher erläutert nicht mehr möglich erscheint ist eine weiter Reduzierung der Es zeigen

Radioaktivität bei den bisherigen Konstruktionen von Ionisa- Fig. 1 den schematischen Aufbau eines herkömmlichen

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Ionisationsbrandmelders,

Fig. 2 den schematischen Aufbau für einen erfindungsgemäss ausgelegten Ionisationsbrandmelder.

Die Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung den Messfühler eines Ionisationsbrandmelders. Er besteht im wesentlichen 5 aus einer Messkammer (Ionisationskammer) 1 und einem Vergleichswiderstand Rv, die beide in Serie an eine Versorgungsspannung U0 angeschaltet sind. Die Messkammer 1 besitzt als Gehäuse eine Gitterelektrode 2, welche die Umgebungsluft ungehindert in die Kammer 1 eindringen lässt, sowie eine Mess- ic elektrode 3. In der Messkammer 1 sind schwach radioaktive Präparate 4 angeordnet, welche die Luft zwischen der Gitterelektrode und der Messelektrode ionisieren und beim Anliegen der SpannungU0 einen Kammerstrom zwischen der Messelektrode 3 und der Gitterelektrode 2 fliessen lassen. Die Messkam- 15 mer 1 wirkt also wie ein hochohmiger Widerstand RM, der in der Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist. Die Messkammer 1 (Rm) und der Vergleichswiderstand Rv bilden also einen Spannungsteiler, dessen Abgriffspunkt durch die Messelektrode 3 gebildet wird. Beim Eindringen von Rauch in die Messkammer lagern 20 sich die schweren Rauchpartikel an die Luftionen an und reduzieren den Kammerstrom. Dadurch verändert sich die Spannung an der Messelektrode 3, was als Mehrgrösse ausgewertet wird. Diese Auswertung erfolgt mit einer bekannten Schaltung, welche hier nicht näher dargestellt wurde. 2.

Der Widerstand Rm in der Messkammer 1 ist sehr hoch, da nur sehr schwache radioaktive Präparate hier verwendet werden sollen. Damit ist auch der Kammerstrom JM, der auch über den Vergleichswiderstand Rv fliesst, sehr klein, nämlich etwa in der Grössenordnung von 10~n Ampere. Bei dieser Grössenord- 30 nung müssen aber auch bereits die Isolationsströme berücksichtigt werden, welche über die isolierenden Träger 5 und 6 für die Gitterelektrode 2 bzw. für die Messelektrode 3 fliessen. Der Widerstand des Trägers 6 ist mit Rn und der Widerstand des Trägers 5 mit Ri2 bezeichnet; über diese Strecken fliessen die 35 entsprechenden Isolationsströme Jn und ]l2- Dabei ist der Isolationsstrom Ji2 unbeachtlich, da er lediglich zwischen der Eingangselektrode 7 des Vergleichswiderstandes Rv und der Gitterelektrode 2 fliesst und die Spannung an der Messelektrode nicht beeinflusst. Der Isolationsstrom Jn dagegen verändert die 40 Spannung an der Messelektrode 3; er darf deshalb höchstens 20% des Messstromes IM betragen, wenn die Funktion des Brandmelders nicht beeinträchtigt werden soll.

Nimmt man nun an, dass bei herkömmlichen Ionisationsbrandmeldern der Vergleichswiderstand Rv, der auch eine Ver- 45 gleichsionisationskammer sein kann, etwa den gleichen Widerstandswert besitzt, wie der Widerstand Rm der Messkammer 1, so liegt am Vergleichswiderstand Rv eine Spannung Uv und an der Messkammer eine Spannung Um, für welche gilt:

11

UM

Ti

Oo

2^i1

Da man, wie erwähnt, den Isolationswiderstand Rn nicht mehr beliebig vergrössern kann, darf auch der Widerstand RM der Messkammer nicht weiter vergrössert werden, um das Verhältnis von Kammerstrom Im zu Isolationsstrom Jn nicht zu verschlechtern. Eine Verkleinerung des Vergleichswiderstandes Rv bei einer Konstruktion gemäss Fig. 1 würde das Verhältnis noch verschlechtern, da dann die Spannung Um grösser als Uo/2 würde.

Den schematischen Aufbau eines erfindungsgemässen Ionisationsbrandmelders zeigt Fig. 2. Die Messkammer 11 ist von der Gitterelektrode 12 umgeben, welche von einem isolierenden Träger 15 gehalten ist. Die Messelektrode 13 wird von einem isolierenden Träger 16 gehalten, welcher im Gegensatz zur Fig. 1 nicht mit der Gitterelektrode 11 bzw. deren Träger 15 verbunden ist, sondern unmittelbar an der Eingangselektrode 17 hängt. Aufgrund dieser Konstruktion fliesst der unerwünschte Isolationsstrom Jn nicht mehr wie in Fig. 1 zwischen der Messelektrode 13 und der Gitterelektrode 12, sondern zwischen der Eingangselektrode 17 und der Messelektrode 13, also parallel zum Vergleichswiderstand Rv. Legt man nun an die Elektroden 12 und 17 wiederum die Spannung U0, so fliesst folgender Isolationsstrom zur Messelektrode 13:

11

»V

Ti

Solange der Vergleichswiderstand Rv in derselben Grössenordnung liegt wie der Widerstand RM der Messkammer 11 (d. h. Uv = UM = Uo/2), bleibt auch der unerwünschte Isolationsstrom in der bisherigen Grösse erhalten. Verringert man aber erfindungsgemäss den Vergleichswiderstand Rv gegenüber dem Widerstand RM der Messkammer 11, so wird auch die Spannung Uv entsprechend kleiner als die Messkammerspannung Um- Der Isolationsstrom Jn verkleinert sich im selben Verhältnis wie der Spannungsanteil U„. Anstelle den Vergleichswiderstand Rv zu verkleinern, kann man natürlich auch den Messkammerwiderstand RM vergrössern, und zwar durch die angestrebte Verringerung der Radioaktivität in den Strahlungsquellen 14. Wegen der Beziehung

11 =

"Ti

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Der Isolationsstrom Jn ist dann ist dabei lediglich darauf zu achten, dass der Vergleichswiderstand Rv um etwa eine Zehnerpotenz kleiner ist als der Isolationswiderstand Rn.

1 Blatt Zeichnungen